STRUKE:

nuklearna fizika

ilustracija
NUKLEARNA FIZIKA, odnos energije vezanja po nukleonu (B/A) i masenoga broja (A)

nuklearna fizika, grana fizike koja proučava građu atomske jezgre i s njom povezane procese. Početkom nuklearne fizike smatraju se pokusi E. Rutherforda i H. Geigera izvedeni 1911. Promatranjem raspršenja alfa-zraka na listićima zlata, Rutherford je zaključio da u atomima mora postojati središnja jezgra pozitivnoga naboja u kojoj je koncentrirana masa atoma. Ustanovljeno je da broj protona u jezgri određuje svojstva atoma, odnosno atomski ili redni broj elementa (Z). Broj neutrona u jezgrama istog elementa može biti različit (takve se jezgre nazivaju izotopnima). Protoni i neutroni koji izgrađuju atomsku jezgru (nukleus) nazivaju se nukleonima. Ukupan broj nukleona u atomskoj jezgri nekoga nuklida naziva se masenim brojem (A). Masa jezgre uvijek je manja od zbroja masa nukleona od kojih se sastoji, a razlika mase odgovara ekvivalentnoj energiji vezanja nukleona. Energija vezanja po nukleonu (B/A) razlikuje se od jezgre do jezgre i određuje krivulju stabilnosti ovisno o masenome broju elementa (prema energiji vezanja po nukleonu mogu se predvidjeti fuzijski procesi na malim i fisijski na velikim vrijednostima masenoga broja). Energija zračenja Sunca oslobađa se u efektivnoj pretvorbi (→ nukleosinteza) 4 protona u jezgru helija (fuzijom kilograma vodika u nešto manje od kilograma helija oslobađa se energija od 6∙1014J). Nuklearna sila koja je odgovorna za međudjelovanje nukleona na nukleon, privlačna je sila koja drži nukleone na okupu u atomskim jezgrama. Ona mora biti dovoljno jaka da nadjača elektrostatsko odbijanje protona, koje je otprilike 137 puta snažnije. Na temelju kratkoga dosega (10–15m) jake nuklearne sile, H. Yukawa predvidio je masivne čestice, mezone, kao njezine prijenosnike. Riječ je o preostaloj (rezidualnoj) sili u odnosu na temeljnu jaku silu prenošenu gluonima između kvarkova, koji izgrađuju same nukleone i općenito hadrone. Jaka nuklearna sila pokazuje svojstvo nabojne neovisnosti, tj. iste je jakosti između bilo koja dva nukleona (protona i protona, neutrona i neutrona ili protona i neutrona). Na temelju toga se svojstva hadroni, koji se međusobno razlikuju samo po električnom naboju, grupiraju u izospinske multiplete (→ izospin). Za opis jezgre kao kvantnomehaničkoga sustava, posebice za njezina kolektivna svojstva, uvedeni su nuklearni modeli. Tako su H. A. Bethe i C. F. Weizsäcker za opis nuklearnoga vezanja uveli model kapljice tekućine, na temelju kojega se izračunava energija vezanja nukleona i objašnjava pojava fisije. Potom su razvijeni modeli nezavisnih čestica koji polaze od pretpostavke slabo vezanih nukleona, ponajprije model ljuske karakteriziran magičnim brojevima. U istome modelu nespareni nukleoni određuju vlastiti impuls vrtnje (zamah) jezgre, nuklearni spin. Nuklearne deformacije označene odstupanjem jezgri od sferične ili osne simetrije povezane su s kolektivnim gibanjima nukleona. Ona dovode do pobuđenja valentnih nukleona, ali i do dinamičkih deformacija (vibracija) te statičkih deformacija (rotacija). Za razvoj modela deformiranih jezgri zaslužni su G. Alaga te A. Bohr, B. R. Mottelson i J. Rainwater. Većina atoma u prirodi ima stabilne jezgre. Samo atomi radioaktivnih elemenata nuklearnom transmutacijom prelaze u atome različitih elemenata. Jedna od grana istraživanja u nuklearnoj fizici vezana je uz otkrivanje novih transuranijskih elemenata.

nuklearna fizika. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 19.10.2018. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=44376>.